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Cancer cells enter a tiny circulation, meet a vessel wall and head toward two engineered destinations: human bone and lung tissue. At Columbia Engineering, Gordana Vunjak-Novakovic’s team built a multi-organ chip that lets researchers watch that journey in the laboratory, using compartments containing millimeter-sized tissues linked by vascular flow.
Les cellules cancéreuses pénètrent dans une minuscule circulation, rencontrent une paroi vasculaire et se dirigent vers deux destinations bio-ingénierées : des tissus humains osseux et pulmonaires. À Columbia Engineering, l’équipe de Gordana Vunjak-Novakovic a conçu une puce multi-organes qui permet aux chercheurs d’observer ce parcours en laboratoire, grâce à des compartiments contenant des tissus de quelques millimètres reliés par un flux vasculaire.
The challenge is the moment after a cancer cell leaves the original tumor. It must adhere to and cross the endothelium—the inner lining of blood vessels—then survive in a new organ and reshape its surroundings. Metastasis causes at least two-thirds of cancer deaths, while animal models do not always capture the differences between rodent and human biology that can affect drug performance.
Le défi se situe au moment où une cellule cancéreuse quitte la tumeur initiale. Elle doit adhérer à l’endothélium — la paroi interne des vaisseaux sanguins — et le traverser, puis survivre dans un nouvel organe et remodeler son environnement. Les métastases sont à l’origine d’au moins deux tiers des décès par cancer, tandis que les modèles animaux ne reproduisent pas toujours les différences entre la biologie des rongeurs et celle des humains susceptibles d’influencer l’efficacité des médicaments.
The Columbia device separates the engineered tissues from the vascular channel with a selectively permeable endothelial barrier, while allowing the compartments to communicate through circulation. Bone, lung and vascular tissues were engineered from induced pluripotent stem cells, or iPSCs, and maintained in compartments designed for tissue maturation and long-term function. The researchers introduced circulating human breast cancer cells and compared where different cancer-cell types settled.
Le dispositif de Columbia sépare les tissus bio-ingénierés du canal vasculaire par une barrière endothéliale sélectivement perméable, tout en permettant aux compartiments de communiquer par la circulation. Les tissus osseux, pulmonaires et vasculaires ont été fabriqués à partir de cellules souches pluripotentes induites, ou iPSCs, puis maintenus dans des compartiments conçus pour leur maturation et leur fonctionnement à long terme. Les chercheurs ont introduit des cellules humaines circulantes de cancer du sein et comparé les sites où différents types de cellules cancéreuses se sont installés.
The patterns matched organ preference. Cells that typically gravitate toward bone showed stronger bone colonization and caused more pronounced bone degeneration. Cells that typically gravitate toward the lung disrupted lung tissue more strongly and produced only modest colonization of bone. The team also found signs of pre-metastatic niche formation: cancer cells conditioned both distant tissues to become more receptive before they colonized them.
Les profils observés correspondaient aux préférences de chaque organe. Les cellules qui se dirigent habituellement vers les os ont montré une colonisation osseuse plus importante et provoqué une dégénérescence osseuse plus marquée. Les cellules qui se dirigent habituellement vers les poumons ont davantage perturbé le tissu pulmonaire et n’ont que modestement colonisé l’os. L’équipe a également trouvé des signes de formation d’une niche pré-métastatique : les cellules cancéreuses ont conditionné les deux tissus distants pour les rendre plus réceptifs avant de les coloniser.
And concretely? For cancer researchers, the chip offers a controlled human-tissue setting to study organ-specific spread, molecular pathways and possible therapeutic targets, including with patient cells and tissues. It is a research platform in the laboratory, not a treatment; its role is to complement animal models.
Et concrètement ? Pour les chercheurs en cancérologie, cette puce fournit un environnement contrôlé composé de tissus humains pour étudier la propagation propre à chaque organe, les voies moléculaires et de potentielles cibles thérapeutiques, notamment avec des cellules et des tissus issus de patients. Il s’agit d’une plateforme de recherche en laboratoire, et non d’un traitement ; son rôle est de compléter les modèles animaux.